---
id: unit3
title: 第三章 存储、中断、总线与I/O系统
---
## 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统
对存储系统的基本要求是大容量，高速度和低价格。存储器容量SM＝WxlXm。
其中，W为存储体的字长（单位是位或字节）；l为存储体的字数；m为并行工作的存储体数。速度可用访问时间TA、存储周期TM和频宽（也称带宽）Bm描述。其中TA是存储器从接收访存读申请至信息被读到数据总线上的时间，
是处理机启动访存后必须等待的时间，它是确定处理机与存储器时间关系的一个重要参数；TM是连续启动一个存储体所需要的间隔时间，它一般比TA大；
存储器频宽Bm是存储器可提供的数据传送速率，用每秒传送的信息位数或字节数衡量，又有最大频宽（或极限频宽）和实际频宽之分，最大频宽Bm是存储器连续访问时的频宽。单体的Bm＝W／TM，m个存储体并行的最大频宽Bm＝Wxm／TM。
能并行读出多个CPU字的单体多字和多体单字、多体多字的交叉访问主存系统被称为并行主存系统。
设访存申请队的转移概率入为25％，比较在模32和模16的多体单字交叉存储器中，每个周期能访问到的平均字数。
根据每个存储周期能访问到的平均字数
1-(1-λ)m
B=
入
将入＝25％、m＝32代入上式，可求得
1-(1-λ)m
1-(1-0.25)32
B=
入
0.25
即每个存储周期平均能访问到4个字。
将λ＝25％、m＝16代入上式，可求得
B=
1-(1-λ)m_1-(1-0.25)16
=3.96
入
0.25
即每个存储周期平均能访问到3.96个字。

## 3.2 中断系统
CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请求，待处理完后，再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程称为中断。在计算机中，中断可分为内部中断、外部中断和软件中断三类。内部中断由CPU内的异常引起；外部中断由中断信号引起；软件中断由自陷指令引起，用于供操作系统服务。外部中断又分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
引起中断的各种事件称为中断源。中断源向中断系统发出请求中断的申请，称为中断请求。中断系统需按事先确定的中断响应优先次序对优先级高的中断请求予以响应。
中断响应的次序用排队器硬件实现，次序是由高到低固定的。为了能根据需要，由操作系统灵活改变实际的中断处理次序，很多计算机都设置了中断级屏蔽位寄存器，以决定某级中断请求能否进入中断响应排队器。只要能进入的，总是让高级别的优先响应。
假设某系统有四个中断级，相应地每一级中断处理程序的现行PSW中都有4位中断级屏蔽位。如果中断级屏蔽位为“1”，则表示对该级中断开放，允许其进人中断响应排队器；如果中断级屏蔽位为“0”，则对该级的中断屏蔽，不让其进入中断响应排队器。那么，要让各级中断处理次序和各级中断响应次序都一样，都是1→2→3→4，就只需按下表设置好各级中断处理程序现行程序状态字中的中断级屏蔽位即可。
表中断级屏蔽位设置（中断处理次序和中断响应次序一样）
中断系统的功能包括中断请求的保存和清除、优先级的确定、中断断点及现场的保存、对中断请求的分析和处理以及中断返回等。中断系统的软、硬件功能分配实质上是中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配。
## 3.3 总线系统
总线是用于互连计算机、CPU、存储器、I／O接口及外围设备、远程通信设备间信息传送通路的集合。总线与其相配合的附属控制电路统称为总线系统。按信息传送功能、性能的不同，有数据线，地址线，命令、时序和中断信号等控制／状态线，电源线，地线及备用线等。
总线按在系统中的位置分芯片级（CPU芯片内的总线）、板级（连接插件板内的各个组件，也称局部总线或内部总线）和系统级（系统间或主机与I／O接口或设备之间的总线）等3级。
就总线允许信息传送的方向来说，可以有单向传输和双向传输两种。
总线按用法可分为专用和非专用两类。
信息在总线上的传送方法基本上可分为同步和异步两种。
（1）同步通信。部件间的信息传送由定宽、定距的系统时标同步。信息的传送率高，受总线长度的影响小，时钟在总线上的时滞可能会造成同步误差，时钟线上的干扰信号易引起误同步。
（2）异步通信。由于I／O总线一般是为有不同速度的许多I／O设备所共享，因此宜于采用异步通信。异步通信又分单向源控和请求／回答双向控制两种。数据宽度是I／O设备取得I／O总线后所传送数据的总量。它不同于数据通路宽度。数据通路宽度是数据总线的物理宽度，即一个时钟周期所传送的信息量。数据宽度有单字（单字节）、定长块、可变长块、单字加定长块和单字加可变长块等之分。

## 3.4 I／0系统
I／O（输入／输出）系统包括输入／输出设备、设备控制器及与输入／输出操作有关的软、硬件。
根据通道数据传送期中信息传送方式的不同，可分为字节多路、数组多路和选择3类通道：
（1）字节多路通道适用于连接大量的像光电机等字符类低速设备。它们传送一个字
符（字节）的时间很短，但字符（字节）间的等待时间很长。因此，通道数据宽度为单字节，
以字节交叉方式轮流为多台低速设备服务，使效率提高。
（2）数组多路通道适合于连接多台磁盘等高速设备。这些设备的传送速率很高，但传
送开始前的寻址辅助操作时间很长。
（3）选择通道适合于连接优先级高的磁盘等高速设备，让它独占通道，只能执行一道
通道程序。数据传送以不定长块方式进行，相当于数据宽度为可变长块，一次对N个字
节全部传送完。所以，在数据传送期内只选择一次设备。
通道流量是通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数。它能达到的最大流量称通道极限流量。通道的极限流量与其工作方式、数据传送期内选择一次设备的时间Ts和传送一个字节的时间TD的长短有关。
假设有一个字节多路通道，它有3个子通道：“0”号、“1”号高速印字机各占一个子通道，“0”号打印机、“1”号打印机和“0”号光电输入机合用一个子通道。假定数据传送期内高速印字机每隔25μs发送一个字节请求，低速打印机每隔150us发送一个字节请求，光电输入机每隔800μs发送一个字节请求，则这5台设备要求通道的流量为
fore)=1/f11/51/5+(1/150+1/150+1/100)≈0.095MB·s-1